Fundamentos da Computação

1. Componente Curricular:

Fundamentos da Computação

2. Carga Horária:

60 horas

3. Objetivo:

Capacitar o aluno a conhecer os princípios fundamentais do funcionamento e da programação dos computadores (hardware e software), entendendo os usos e as terminologias básicas do mundo dos computador e da Internet.

4. Ementa Oficial:

Visão geral da representação e processamento da informação; Evolução histórica dos computadores; Componentes Básicos e Periféricos dos computadores; Noções sobre comunicações e redes de computadores; Importância, uso e diversidade das Linguagens de Programação; Noções gerais sobre o funcionamento dos Sistemas Operacionais.

5. Conteúdo Programático:

1. Histórico e Fundamentos do Computador.

   • Evolução Histórica dos Computadores.

   • Representação e Processamento dos Dados.

   • Introdução aos Sistemas de Numeração.

   • Estrutura e Funcionamento do Computador.

   • Importância e Classificação dos Dispositivos Periféricos.

2. Software Básico.

   • Diversidade e Paradigmas das Linguagens de Programação.

   • Algoritmos e Programação.

   • Introdução aos Sistemas Operacionais.

   • Características dos Principais Sistemas Operacionais.

   • Diversidade das Aplicações Computacionais.

3. Redes e Internet.

   • Redes de Comunicação de Dados.

   • Sistemas Distribuídos e Internet.

6. Abordagem Metodológica:

Aprender fazendo e fazer aprendendo. As ações implementadas têm como foco o aprendizado dos Fundamentos da Computação pelo uso de recursos computacionais - privilegiando o projeto por simuladores e o desenvolvimento prático; seguido de exposições teóricas, apoiadas por: simulações, slides e vídeos. Em resumo, a metodologia tem como base a relação prática entre Conteúdos, Atividades e Produtos. Neste contexto, o conteúdo é toda base de conhecimento necessária a aula; a atividade é tida ação de aprendizado e; o produto é qualquer produção prática e/ou teórica sobre o conteúdo, podendo até ser uma aplicação deste ou até mesmo uma ação de aprendizado com escopo expandido.

A nota final será dada pelas avaliações dos artefatos (relatório, lista de exercício - manuscritas, apresentação oral, pôster, postagem, vídeo, ...) produzidos durante as aulas e entregues em cada uma das datas especificadas. O aluno também será avaliado através de outros recursos, como p.ex. a frequência e a apresentação de artefatos não obrigatórios - os quais poderão até ter pontuação extra.

7. Plano de Aprendizado:

Aula 1

Conteúdo: 

• • • Evolução Histórica dos Computadores.

      • Introdução à Computação - UAB. (1)

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (1)

      • Breve História do Computador.

      • Gerações de Computadores.

      • O que é um processador e qual a sua função?

Atividades: 

• • • Praticando a Evolução da Computação.

      • O computador como Máquina Analógica: Ábaco, Pascalina, Bombe, ...

      • O computador como Máquina Digital: IAS (Manual), Altair, ULA de 1 Bit (protótipo), UCP de 2 Bits, ...

      • Evolução na Programação: Ada, Fortran, Fluxograma, Diagrama de Chapin, Blockly Demos, Scratch, AppInventor, ...

      • A Popularização dos Computadores.

    • Brincando e aprendendo a programar com o Blockly Games.

    • Avaliativa 1-1.

Produtos: 

• • • Ábaco Online.

    • Pascaline.

    • Bombe Machine Demonstration.

    • Turing-Welchman Bombe Simulator.

    • ENIAC Simulator and Related Material.

    • MITS Altair Simulator.

    • Arduino Altair 8800 Simulator.

    • Software History: Emulators and Simulators.

    • Historia : A Evolução dos Computadores.

    • A História da Internet - TecMundo.

    • Documentário sobre Lógica de Programação.

    • Blind Bits e QR Audio.

Aula 2

Conteúdo: 

• • • Representação e Processamento dos Dados.

      • Introdução à Computação - UAB. (2)

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (3)

      • Representação de Dados.

      • Processamento de dados.

      • Álgebra booleana e portas lógicas NOT, AND, OR, XOR.

Atividades: 

• • • Ensinando a operação de Soma Binária, para um computador digital.

      • Testando Portas Lógicas básicas no Logic.ly. Opcionalmente no TinkerCAD.

      • Construindo uma Tabela Verdade para Soma Binária.

      • Poderíamos até "Calcular" a expressão e o circuito lógico.

      • Construindo um Circuito de Soma no Logic.ly, usando as operações fundamentais.

    • Processando dados binários usando hardware e software.

      • Exibir um Caractere (Tabela ASCII) no Simple 8-Bit Assembler.

    • Avaliativa 1-2.

Produtos: 

• • • Eletrônica Digital em 3 Experimentos.

      • Portas Lógicas com Transistores.

      • Inversor - Porta NOT.

      • A Lógica da Comparação de Bits.

    • Why Do Computers Use 1s and 0s? Binary and Transistors Explained.

Aula 3

Conteúdo: 

• • • Sistema de Numeração.

      • Introdução à Computação - UAB. (3)

      • Sistemas de Numeração e Conversões de Bases.

      • Entenda o sistema binário e como ele funciona.

      • Operações no Sistema Binário.

Atividades: 

• • • Convertendo de Decimal para Binário.

      • Iniciar com a decomposição decimal com o método das múltiplas divisões por 10.

      • Qual o processo de conversão para Hexadecimal e outras Bases?

      • Exemplos de programas para conversão: Decimal para Binário e Binário para Decimal (processo).

    • Somando 1 bit com Blockly, Arduino e Micro:Bit.

      • As soluções de software (exceto Micro:Bit) foram implementadas simulando a operação de Soma em Hardware.

      • Qual o processo para Somar 4 Bits? Para o software, pense nisso na disciplina de programação. No caso do hardware, veremos algo semelhante na próxima aula. 

    • Avaliativa 1-3.

Produtos: 

• Comparadores: (=,>,<) em 1 Bit, de Igualdade em 4 bits e de (=,>,<) em 4 Bits.

• Programa verificador de igualdade sem "=".

• Simulador Tinkercad e Arduino Básico.

• Exploring How Computers Work.

Aula 4

Conteúdo: 

• • • Estrutura e Funcionamento do Computador.

      • Introdução à Computação - UAB. (4)

      • Estrutura do Computador.

      • Compreendendo a Função e Estrutura do Computador.

      • Funcionamento do Computador.

      • O que é um processador e qual a sua função?

Atividades: 

• • • Entendendo a estrutura básica e o funcionamento interno do computador:

      • Uma estrutura de Alto Nível vs uma de Baixo Nível.

      • Programando o funcionamento (p.ex. subtração) no Simulador K&S (Assembly K&S).

    • Implementando uma ULA de 4 Bits, no Logic.ly.

      • Construir uma ULA de 1 Bit e 4 Operações: i) construir o CI Somador e o CI Seletor; ii) conectar as entradas aos circuitos AND, OR, NOT e de Soma, e integrar com o Seletor.

      • Integrar as 4 ULAs de 1 Bit: i) dispor as 4 ULAs, lado a lado; ii) inserir as chaves de entrada (4 bits A e B) e conectá-las as entradas das ULAs; iii) "zerar" o CIN mais a direita e os COUTs aos CINs a esquerda; iii) conectar mostradores as saídas e ao COUT mais a esquerda.

    • Avaliativa 1-4.

Produtos: 

• ULA de 4 Bits com 4 ULAs de 1 Bit.

• Computer Basics: Inside a Computer.

• O que são barramentos?

• How to Integrate Circuits correctly in Logicly.

Aula 5

• Conteúdo: Revisão de conteúdos e 1ª Avaliação.

• Atividades: Apresentação e Avaliação de trabalhos.

• Produtos: Relatório de Produto 1 e/ou Prova Prática 1.

Aula 6

Conteúdo: 

• • • Importância e Classificação dos Dispositivos Periféricos.

      • O Que São Periféricos?

      • Dispositivos de entrada e saída: o que são, diferença e exemplos.

      • Periféricos de entrada e saída.

      • Tipos de armazenamento de Dados.

      • Evolução dos Dispositivos de Armazenamento de Dados.

      • O que é Barramento?

Atividades: 

• • • Explicando o conceito de periféricos.

      • Tipos de Periféricos.

      • Os periféricos para realidade virtual (CAVE) e outros tipos de interfaces humano computador.

    • Entendendo como os periféricos se comunicam.

      • A comunicação via Barramento: visão geral do conceito, alguns tipos, organização e exemplos.

      • A comunicação do mundo analógico (sinal) e a do computador digital.

        • Inserindo um sinal digital em um analógico - modulação.

        • Circuito simplificado para Teclado Hexadecimal (aplicação).

    • Avaliativa 2-1.

Produtos: 

• • • Hardware de entrada/saída.

    • Dispositivos de Armazenamento, Memórias e Periférico.

    • Entenda a diferença entre sinal analógico e digital.

Aula 7

Conteúdo: 

• • • Diversidade e Paradigmas das Linguagens de Programação.

      • Linguagens de Programação: o que são, seus tipos, quais as mais usadas e como aprender.

      • Como Funcionam as Linguagens de Programação.

      • Métodos de tradução: interpretador x compilador.

      • Paradigmas de programação: o que são e quais os principais?

      • O que são Paradigmas de Programação.

Atividades: 

• • • Observando a Evolução e Organização das Linguagens de Programação.

      • Modos de Programação: tradicional, visual, orientada a eventos, orientada a objetos, ...

      • Diferença entre tradutor, compilador (fonte e objeto) e interpretador.

    • Entendendo os Paradigmas de Programação.

      • Os Paradigmas de Programação e suas Linguagens.

    • Avaliativa 2-2.

Produtos: 

• Paradigmas de Programação.

• Paradigmas De Linguagens De Programação Em Python: Descubra As Melhores Práticas.

• As 10 Linguagens de Programação Mais Usadas em 2024.

• Rust: o que é, como usar e exemplos práticos de frameworks.

• GitHub | Guia Completo do Iniciante.

Aula 8

Conteúdo: 

• • • Algoritmos e Programação.

• • • • Introdução à Computação - UAB. (5)

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (2 e 4)

      • O que é Algoritmo?

      • O que é e como funciona algoritmo e lógica de programação.

      • O que são linguagens de programação?

      • Métodos de tradução: interpretador x compilador.

      • Afinal qual a diferença entre Interpretadas e Compiladas?

      • Expressão Numérica Com Números Racionais.

Atividades: 

• • • Diferenciando Tradutores:

      • O Montador traduz da linguagem Assembly, para a linguagem da máquina.

        • Abra o 8-Bit Assembler e apague o programa na área de código.

        • Digite na área de código as instruções mov a, 10, add a, 5 e hlt. Uma instrução em cada linha.

        • Observe a RAM "zerada" e clique no botão "Assemble", abaixo da área de código.

        • Observe a tradução para o código de máquina na RAM e opcionalmente clique em "Run" para executar o programa.

      • O Interpretador imediatamente traduz e executa a primeira instrução do seu programa, repetindo esta operação para as outras.

        • Com os Blocos de Código já disponibilizados, tente montar um programa semelhante ao anterior.

        • Clique no botão de execução e observe a quase que imediata exibição do resultado (se tudo foi montado corretamente).

        • Verifique nas guias de linguagens, como o aplicativo faz automaticamente a tradução.

      • O Compilador tem execução muito mais rápida que o interpretador.

        • Em ambientes de programação on-line como o JDoodle, o processo de compilação é executado automaticamente.

        • Ao clicar no botão "Execute" a aplicação Web envia o seu programa (código fonte) para o servidor que, automaticamente:

          • Executa o compilador que traduz todas as instruções de um programa.

          • Coloca as instruções traduzidas em um único bloco chamado código objeto. Aqui termina a compilação.

          • Executa o código objeto e exibe o resultado - antes enviado para o computador cliente.

    • Criando Representação Computacional para Expressões Aritméticas e Lógicas.

      • Tendo como base a expressão entre parênteses mais a direita do exemplo (expressões), faça:

        • Abra o programa para acessar os Blocos de Código.

        • Identifique a sub-expressão com maior prioridade e monte o bloco de código equivalente.

        • Insira a expressão construída no passo anterior como um dos elementos  do bloco de código para a próxima operação.

        • Crie o bloco de código para a expressão final usando  a expressão construída no passo anterior e o dado necessário.

        • No bloco de exibição, adicione o bloco de expressão montado no passo anterior e execute o programa.

      • Como exercício faça o programa para resolver a expressão completa.

  • Avaliativa 2-3.

Produtos: 

• • • Exemplo de precedência de operadores Aritméticos e Lógicos.

• Algoritmos e Lógica de programação: O que são e qual a importância?

• Métodos de tradução: interpretador x compilador.

Aula 9

Conteúdo: 

• • • Visão Geral dos Sistemas Operacionais.

      • Introdução à Computação - UAB. (6)

      • Sistemas operacionais: conceito e estrutura.

      • O Que É Sistema Operacional?

      • Historia dos Sistemas operacionais.

Atividades: 

• Comentando sobre o conceito, as funções e o componentes de um SO.

  • Visão geral e taxonomia dos SOs.

• Incrementando de 1 no primeiro micro computador (Artigo de Lançamento).

  • Inicie o simulador do Altair.

  • Observe o código do programa.

  • Ligue o Altair para executar um Incremento de 1;

  • Selecione o endereço 0, ou seja: A7-A0 com 00000000 clicando em EXAMINE.

  • No endereço selecionado, insira o primeiro byte, ou seja: D7-D0 com 00111100 e DEPOSIT.

  • Nos endereços de 1 a 4, insira os outros bytes. Ou na guia Debug, entre com "3c 32 10 00 76".

  • Execute clicando em RESET e depois RUN.

  • Selecione o endereço 00010000 e verifique o conteúdo.

• Incrementando de 1 em um computador com Linux.

  • Inicie o simulador do Linux e entre com o comando "expr 0 + 1".

• Incrementando de 1 em seu computador ou celular.

  • Abra a sua calculadora preferida e execute a operação "0 + 1".

• Avaliativa 2-4.

Produtos: 

• UNIX - Conheça a história do pai dos sistemas Operacionais.

• Aprendizado com Simuladores: Assembly e UNIX.

• Sistemas operacionais / Sistemas de arquivos.

Aula 10

• Conteúdo: Revisão de conteúdos e 2ª Avaliação.

• Atividades: Apresentação e Avaliação de trabalhos.

• Produtos: Relatório de Produto 2 e/ou Prova Prática 2.

Aula 11

Conteúdo: 

• • Características dos Principais Sistemas Operacionais.

    • Sistemas operacionais.

    • Unix: o pai de todos os sistemas operacionais.

    • Diferença entre o sistema operacional UNIX e Windows.

    • A Incrível Evolução E Trajetória Do Windows-1985 a 2024.

    • Quais são as vantagens e desvantagens da CLI e GUI?

Atividades: 

• • Comentando a Visão Geral dos SOs.

    • Um pouco da Evolução Histórica.

    • A organização geral dos SOs.

    • Detalhes da interação com o Hardware e com as Aplicações.

  • Comentando sobre os SOs mais comuns.

    • O UNIX e seus derivados.

    • A diversidade do Linux.

    • A Evolução das IUs: do NeXTSTEP às facilidades dos dispositivos móveis.

  • Avaliativa 3-1.

Produtos: 

• O que é Unix e qual a sua importância?

• Quais as diferenças entre Unix e Linux?

• Sistemas operacionais: diferença entre Windows, MacOS e Linux.

• O que compõe uma boa interface gráfica do usuário?

Aula 12

Conteúdo: 

• Diversidade das Aplicações Computacionais.

  • Classificação de Computadores.

  • Você sabe quais são os tipos de software?

  • Software básico, aplicativo e utilitário, firmware e a diferença entre drive e driver.

  • Tipos de software: quais as suas diferenças e funcionalidades?

  • Quais são os tipos de Inteligência Artificial (IA)?

  • Licenças Creative Commons: saiba mais sobre isso.

Atividades: 

• • Iniciando pelos Tipos de Computadores.

    • A Classificação dos Computadores (imagens).

    • Os Tipos de Memórias.

  • Apresentando a Classificação Geral dos Softwares e seus sub-tipos:

    • Código Aberto e Fechado; Livre e Proprietário; Freeware.

    • Sistemas Operacionais, de Programação e de Aplicação.

    • Um pouco sobre Arquitetura de Software.

  • Observando alguns tipos de Licenças de Software.

    • As licenças Creative Commons e suas aplicações.

    • Como distribuir software livre.

  • Avaliativa 3-2.

Produtos: 

• • Software: entenda o que é, para que serve e principais tipos.

  • O que é: Utility Software (Software de Utilitário).

  • 25 Aplicações Comerciais de Visão Computacional.

  • 7 exemplos de uso da inteligência artificial nas empresas.

  • Creative Commons - Perguntas frequentes.

Aula 13

Conteúdo: 

• • Redes de Comunicação de Dados.

    • História das Redes.

    • O que é uma rede de computadores, história e muito mais.

    • Introdução à comunicação de dados.

    • Redes de Computadores explicado de um jeito que você nunca viu.

    • O que é um protocolo?

Atividades: 

• • Conversando sobre os conceitos básicos.

    • Comunicação de Dados e Sistemas Distribuídos.

    • Das Redes Locais à Internet.

  • Apresentando as Redes de Computadores.

    • O Histórico.

    • Os Tipos e os Formatos de Conexão.

  • Criando redes em simuladores.

    • Simule uma pequena rede com o Filius.

    • Simule a conexão de duas pequenas redes com o Filius.

Produtos: 

• • O que são redes de computadores?

  • Noções básicas de rede: o que você precisa saber.

  • Conheça os principais protocolos de rede e seus usos!

  • Como conectar computadores em rede usando o simulador Packet Tracer.

Aula 14

Conteúdo:

• Sistemas Distribuídos e Internet.

  • Sistemas Distribuídos: Conceito e Definições.

  • História da internet.

Atividades: 

• • Apresentando a Internet.

    • A Infraestrutura e Topologia Básica.

    • Evolução no Mundo e no Brasil.

    • O Protocolo TCP/IP e seus Serviços.

    • O Avanço da Web, dos seus recursos, do modo como os usuários interagem com ela, e do seu principal protocolo.

  • Entendendo a definição e as características de um sistema distribuído (SD).

    • As arquiteturas, os componentes físicos e os tipos de SDs.

    • Componentes: Sistemas Operacionais, Banco de Dados, Sistemas e Aplicações.

Produtos:

• Sobre a História da Computação Distribuída e Clusters Kubernetes.

• Redes De Computadores E Sistemas Distribuídos.

Aula 15

• Conteúdo:  Revisão de conteúdos e 3ª Avaliação.

• Atividades: Apresentação e Avaliação de trabalhos.

• Produtos: Relatório de Produto 3 e/ou Prova  3.

8. Bibliografia Básica:

• • Alves, W. P. (2010). Informática fundamental – introdução ao processamento de dados. Érica.

  • Moraes, C. R. (2001). Estruturas de Dados e Algoritmos – uma Abordagem Didática. Berkeley, 1a edição.

  • Velloso, F. (2017). Introdução a Informática. Elsevier.

9. Atividades Avaliativas:

Avaliativa 1-1

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver uma apresentação interativa ou infográfico interativo de 5 a 10 minutos, sobre o tema "A Evolução Histórica dos Computadores".

• Os materiais do "Conteúdo" da Aula 1 e os textos a seguir devem ser usados como base para gestão do conhecimento:

  • Das toneladas aos microchips: a evolução dos computadores.

  • Evolução dos computadores.

  • Evolução de Software.

  • Evolução histórica dos softwares, sistemas operacionais e computadores.

  • A evolução dos computadores em 10 produtos (e imagens) históricos.

• Recursos como Genially, Canva, Prezi, Miro e outros, podem ser usados para o desenvolvimento do produto.

• Como é uma equipe relativamente grande, é aconselhável que se use uma técnica como a de BrainStorm, no desenvolvimento de alguns dos produtos da atividade.

Avaliativa 1-2

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver uma apresentação interativa ou infográfico interativo de 5 a 10 minutos, sobre o tema "Representação e Processamento dos Dados". Observa-se que devido a amplitude do tema, a equipe poderá dar destaque a um tópico específico. Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 2 e os textos a seguir:

  • Representação dos dados em computadores.

  • Unicode e UTF-8.

  • Processamento de dados: o que é e quais os principais tipos?

  • Processamento de dados: como fazer de maneira eficiente?

  • Processamento de dados: o que é e qual a importância dessa ferramenta?

Avaliativa 1-3

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver e responder uma Lista de Exercícios com 10 questões (pelo menos 5 de cálculo) sobre o tema  "Sistema de Numeração". Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 3 e o texto Representação de Dados e Sistemas de Numeração.

Avaliativa 1-4

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver e responder uma Lista de Exercícios com 10 questões sobre o tema  "Estrutura e Funcionamento do Computador". Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 4 e o texto Organização Básica de um Sistema de Computador.

Avaliativa 2-1

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver uma apresentação interativa ou infográfico interativo de 5 a 10 minutos, sobre o tema "Importância e Classificação dos Dispositivos Periféricos". Observa-se que devido a amplitude do tema, a equipe poderá dar destaque a um tópico específico. Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 6 e os textos a seguir:

  • Dispositivos de Entrada e Saída de dados.

  • Barramentos: ISA, AGP, PCI, PCI-X, AMR e outros.

Avaliativa 2-2

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver uma apresentação interativa ou infográfico interativo de 5 a 10 minutos, que apresente, identifique e caracterize, no contexto dos paradigmas de programação, as linguagens C, C++, Python e Rust e Closure. Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 7 e os textos a seguir:

  • As linguagens C e C++: qual a diferença entre elas?

  • O que é Python?

  • O que é a linguagem Rust de programação.

  • O que é Closure.

Avaliativa 2-3

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver e responder uma Lista de Exercícios com 10 questões sobre o tema  "Algoritmos e Programação". Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 8 e o texto Introdução à Lógica de Programação.

Avaliativa 2-4

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver e responder uma Lista de Exercícios com 10 questões sobre o tema  "Visão Geral dos Sistemas Operacionais". Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 9 e o texto O que é um sistema operacional? Veja tipos e exemplos.

Avaliativa 3-1

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver e responder uma Lista de Exercícios com 10 questões sobre o tema  "Características dos Principais Sistemas Operacionais". Use como base os materiais do "Conteúdo" da Aula 11 e o texto O que é Sistema Operacional? O guia completo!.

Avaliativa 3-2

• Em grupos de 5 a 8 alunos, desenvolver um pequeno artigo (de 2 a 4 páginas) sobre o tema: "Diversidade das Aplicações Computacionais"

• Os materiais do "Conteúdo" da Aula 12 e os textos a seguir devem ser usados como base para gestão do conhecimento da atividade.

  • Computador: conceitos e aplicações.

  • Tipos de Computadores e Suas Aplicações.

  • Aplicações práticas de computadores embarcados.